Etude Comparative Entre La Commande Vectorielle Et La Commande Scalaire [PDF]

Zitiervorschau

La République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université M'hamed Bougara Boumerdès

Theme de Mini-Projet: « Etude comparative entre la commande vectorielle et la commande scalaire »

Département : Génie mécanique Spécialité : Electromécanique Groupe : « B »

Réaliser par :  GAILA Mohammed Reda  BRAHMI Ahmed Enseignent :  RAHMOUNE Chemseddine

Année universitaire : 2020 /2021

1er Partie: Etude comparative entre la commande vectorielle et la commande scolaire. 1. Les performances d’une commande  La rapidité : se définit par la vitesse à laquelle une valeur stable en sortie est atteinte. C'est le temps de réponse.  La stabilité : Pour une entrée constante, un système est stable si la sortie tend vers une valeur finie. Si elle oscille ou diverge, l'asservissement est instable.  La précision : c’est-à-dire la capacité de l'asservissement à atteindre la consigne avec précision le plus rapidement possible. 2. Eléments du cahier de charges d’une commande Les exigences sont exprimées sous la forme d'un cahier de charges :  Temps de réponse : c'est la durée au bout de laquelle la réponse se stabilise à plus ou moins 5 % autour de la consigne.  Gain statique : Il y’a tout intérêt d’avoir un gain statique unitaire ce qui assure une précision statique.  Facteur d’amortissement 𝜁  Pulsation propre 𝝎𝟎 3. Le rôle d’un correcteur de commande Le rôle du correcteur est d’élaborer le signal de commande approprié à partir du signal d’erreur. 4. Stratégie de synthèse des correcteurs On suppose que le cahier des charges spécifiant le comportement statique (ou en basse fréquence) souhaité et la marge de phase souhaitée.

5. Les méthodes de réglage de vitesse d’un moteur asynchrone  Variation de la vitesse par la variation de la tension statique.  Variation de la vitesse par action sur le glissement à l’aide d’un rhéostat de glissement rotorique.  Variation de la vitesse par récupération de la puissance de glissement : cascade hypo-Synchrone.

6. Le rôle de l’électronique de puissance dans une commande A partir de l’électronique de puissance on peut  Transformer l'alternatif en continu  Transformer le continu en alternatif  Modifier la valeur efficace d'une tension alternative  Modifier la valeur moyenne d'une tension continue  Modifier la fréquence d'une tension alternative

7. Les Montages fondamentaux pour la variation de la vitesse des machines Asynchrones

Montage de variation de vitesse par la tension statorique

Montage de variation de vitesse par l’action de glissement

Montage de variation de vitesse par récupération de la puissance de glissement

2émePartie 1. Commande Scalaire Théorie et principe Le principe de la commande scalaire d’un moteur asynchrone est donc de garder le flux constant dans la machine et de régler la fréquence (pulsation) d’alimentation statorique. Plusieurs commandes scalaires peuvent être envisagées selon que l’on agit sur le courant ou sur la tension. Elles dépendent surtout de la topologie de l’actionneur utilisé (onduleur de tension ou de courant). Montage électronique de puissance

Schéma d’asservissement de la vitesse

2.

Commande vectorielle

2.1.

Théorie et principe

Pour ce type de commande, il est nécessaire de fournir des indications précises sur les paramètres du moteur (encodage de la plaque signalétique). La commande vectorielle en tension (VVC : Voltage Vector Control) agit selon le principe de calcul de la magnétisation optimale du moteur à différentes charges à l’aide de paramètres de compensation permettant de contrôler le glissement et la charge du moteur. Comme son nom l’indique, la commande vectorielle en tension travaille avec les vecteurs de tension à vide et de compensation par rapport à la variation de la charge. La commande vectorielle à champ orienté travaille avec les valeurs des courants actifs, de magnétisation (flux) et du couple. Par un modèle mathématique approprié, il est possible de déterminer le couple nécessaire au moteur en fonction des vecteurs du flux statorique et du courant rotorique et ce afin d’optimiser et réguler le champ magnétique et la vitesse du moteur en fonction de la charge.

Montage électronique de puissance

Schéma d’asservissement de la vitesse

3.Comparaison  Avantages :  Facilité d’adaptation du variateur de vitesse au moteur.  Supporte aisément les variations de charge dans toute la plage de vitesses.  Le couple moteur reste plus ou moins constant en fonction de la vitesse.  Inconvénients :  Plage de régulation de la vitesse limitée à 1/20.  A faible vitesse, pas de compensation par rapport au glissement et à la gestion de la charge.  Domaine d’utilisation :  Principalement utilisée pour le pompage, la ventilation et la compression à vitesse variable.  L’utilisation de cette méthode amène une économie d’énergie de 30 à 40%  Commande vectorielle  Avantages :  Bonne réaction aux variations de charge.  Régulation précise de la vitesse.  Couple intégral à vitesse nulle.  Performance semblable aux entraînements à courant continu.  Réaction rapide aux variations de vitesse et large plage de vitesses (1/100).  Meilleure réaction dynamique aux variations de sens de rotation.  Une seule stratégie de commande pour toute la plage de vitesse est nécessaire.  Inconvénients :  Nécessite de connaître les caractéristiques précises du moteur.  Domaine d’utilisation :

En comparaison avec fonctionnement en U/f, le contrôle vectoriel permet d’obtenir une augmentation considérable du couple et une réduction du courant absorbé en marche à vide. On opte pour le contrôle vectoriel pour les entrainements suivants :  Entrainements individuels avec charges alternantes fréquentes.  Entrainements individuels avec démarrage dans des conditions sévères.  Applications de groupes de moteurs avec moteurs identiques et répartition de charges identiques. En sélectionne la commande scalaire pour les entrainements suivants :  Application de plusieurs moteurs connectés sur un seul variateur.  Moteur triphasés à réluctance.  Moteurs triphasés à induit coulissant.  Fonctionnement sur des moteurs spéciaux avec courbe fréquence/tension fixe  Entrainement de positionnements et d’approches avec dynamique élevée.  Entrainement de levage.

4ème Partie : Etude d’une boucle de régulateur du débit 1. Les critères à prendre en compte lors du choix d’un variateur de vitesse  Respecter la gamme des vitesses  Fonctionnement cyclique ou permanent  Précisons dans les écarts de vitesse  Rapport vitesse maxi et mini  Puissance  Diagramme de charge

Proposition d’un circuit d’électronique de puissance pour la conception de variateur de vitesse pour le moteur CC adéquat au cas du système étudier.

1. Réalise la synthèse du correcteur de la boucle de régulation de la position de l’électrovanne présente dans le schéma de commande avec un temps de réponse de 30 ms. 𝑇𝑖 𝑇𝑑𝑠 2 + 𝑇𝑖𝑠 + 1 𝐶(𝑠) = 𝑇𝑖𝑠 𝐻(𝑠) =

4 4 = (1 + 0.5𝑠)(1 + 0.4𝑠) 0.2𝑠 2 + 0.9𝑠 + 1

𝑇𝑖 𝑇𝑑𝑠 2 + 𝑇𝑖 𝑠 + 1 4 4 𝐹𝑇𝐵𝑂 = 𝐶(𝑠). 𝐻(𝑠) = 𝐾𝑐 . = 𝐾𝑐 𝑇𝑖𝑠 0.2𝑠 2 + 0.9𝑠 + 1 𝑇𝑖𝑠 Alors : Ti Td = 0.2 Ti = 0.9 𝑇𝑑 =

0.2 = 0.22 0.9

4 4 𝐾𝑐 1 𝑇𝑖𝑠 𝑇𝑖𝑠 = 𝐹𝑇𝐵𝐹 = = 𝑇𝑖 4 𝑇𝑖𝑠 + 8𝐾𝑐 2+ 𝑠 1 + 𝐾𝑐 𝑇𝑖𝑠 . 2 4𝐾𝑐 𝑇𝑖𝑠 𝐾𝑐

𝜁=

tr(5%) = 3𝜁 = 30ms 𝜁=

𝑇𝑖

𝐾𝑐 =

4𝐾𝑐

0.9 4.10−2

0.03 3

= 10−2

= 22.5

2. L'angle d’amorçage  requis pour que le moteur développe son couple nominal à 400 tr / min Ω

On a : 𝐸 ∗ = 𝐸. ( 𝑠 ) Ω Pour le calcul de fem E : Ud = R.I + E donc E = Ud – R.I AN : E = 250 – ⇒ E =240V

(0,004.2500) Ω

400

Donc 𝐸 ∗ = 𝐸. ( 𝑠 ) = 240. ( ) = 𝟖𝟎𝑽 Ω 1200

On calcule la tension de l’induit lorsque le couple nominal est 400tr/min Ud = R.I +E* = 10 + 80 ⇒ Ud = 90V 𝑈

L’angle : 𝑈𝑑 = 2,34 . ( ) cos 𝛼 3 √

𝑈𝑑 = 2,34 . (

250 √3

) cos 𝛼 = 90

Donc : α = 74,55°

Etude comparative entre la commande vectorielle et la commande scolaire.